地鐵移動通信系統共建設計難點簡析

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

地鐵移動通信系統共建設計難點簡析

王楚伯，萬俊青，劉東升

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

結合地鐵場景的需求特點，論證指出運營商共建移動通信系統的必要性和可行性，并重點就共建設計的2個關鍵難點問題展開詳細分析，最后給出了建議解決方案。

地鐵 移動通信 共建

1 引言

2009年國務院批復22個大中城市投資高達8 800余億元地鐵建設規劃，隨著規劃地鐵陸續開建和運營，地鐵將成為大中城市主力公共交通工具。

地鐵主要運行于地下，地面無線電波難以有效穿透覆蓋，因此地鐵場景需進行專項網絡覆蓋 建設。由于建設成本高昂、可用空間等資源稀缺及共建共享推進政策要求，新建地鐵中普遍采用民用移動通信系統多運營商共建（以下簡稱地鐵共建）方式。下面將就地鐵共建方案設計中需關注的關鍵難點問題進行分析。

2 地鐵建筑結構特點

地鐵建筑結構包括2個主要部分：列車隧道和候車站廳/站臺。列車隧道是長方體形封閉區間，一般長十幾公里到幾十公里、寬4m左右。候車站廳/站臺一般為二/三層結構：候車站廳為購票場所，位于地下一層，與出入口相連，面積較大；候車站臺為候車場所，位于地下二層或換乘站的地下三層，站臺一般長100m至200m、寬20m左右，兩邊為列車隧道，空間開闊。

地鐵建筑結構如圖1所示。

3 地鐵移動通信系統共建的必要性和可行性

隨著我國移動通信進入4G（LTE）時代，新建地鐵提供4G覆蓋已成為基本選項。根據工信部頻譜和牌照許可，目前運營商所獲主要頻譜概況如表1所示。

圖1 地鐵建筑結構示意圖

由此可見，各運營商在4 G時代均需滿足2G/3G/4G多網絡需求、兼容FDD和TDD多制式、提供800MHz—2.6GHz區間多頻段覆蓋能力[1]。

表1 運營商通信頻譜分配概況

由于技術趨同，運營商在地鐵場景中覆蓋需求也基本一致，運營商共建方案因滿足共建網絡技術要求投入的成本遠小于因共建分攤而節約的成本，且共建大幅減少對地鐵公司公共資源占用，可進一步節約網絡建設和運營成本。

此外，2014年7月由中國移動、中國聯通和中國電信共同出資設立中國鐵塔股份有限公司，主營鐵塔建設、維護和運營，兼營基站機房、電源、空調配套設施和室內分布系統的建設、維護、運營及基站設備的維護。預期今后運營商地鐵共建工作將轉交“鐵塔公司”統籌推進，以往運營商共建時面臨的運營商間溝通低效率、采購建設維護模式不一致、成本分攤協商難等管理難題將得到明顯改善，不再成為阻礙運營商共建推進的主要制約因素[2]。因此，地鐵移動通信系統共建技術可實現成本有節約、機制能保障，既必要又可行！

4 地鐵共建方案設計技術要點

地鐵除出入口外，其它區域與室外隔離好，不受外部信號干擾。站廳/站臺較空曠，電波傳播接近自由空間模式，損耗較小。地鐵內人流密集且流動性大，對語音和數據業務都有很大的需求，尤其是上下班高峰期話務量劇增。

相應地，地鐵共建設計需關注如下技術要點：

（1）地鐵站廳/站臺主要采用分布系統建設覆蓋方式，以天花板安裝全頻段吸頂全向天線覆蓋為主。方案設計需特別關注站廳出入口與地面大網的協同效應（重點是干擾控制和切換設置）、地鐵站臺與經停列車之間的切換關系等。

（2）地鐵列車沿狹長隧道行駛時車體對于信號阻擋嚴重，通常采用支持多頻段的泄漏電纜覆蓋方案，保障隧道內場強分布均勻，并需重點考慮隧道內切換帶設置。

（3）地鐵共建控制系統間干擾為設計重點和難點。地鐵（尤其是隧道內）安裝空間有限，一般通過定制POI（Point Of Interface，多系統合路平臺）、隧道內泄漏電纜收/發分纜、選用符合特定隔離度和互調指標要求的高品質無源器件等方式控制干擾[3]。

（4）地鐵作為骨干公共交通工具，投入運營后無法預留足夠時間用于民用通信系統網絡建設和改造，運營期只有深夜短時間可用于設備檢修維護。故要求地鐵通信系統共建設計滿足建設實施一步到位，檢修維護需求高的設備盡量在站臺機房安裝，隧道內安裝設備需滿足快速檢修維護要求。

（5）地鐵覆蓋場景容量需求大，通常選取BBU+ RRU等主設備作為信號源[4]，適當預留擴容需求。

5 地鐵共建方案設計難點

地鐵共建設計技術要點均可在詳細設計中提供較成熟的實施方案，但為保障共建設計方案整體合理有效，還需解決以下2個關鍵難點：

（1）統籌兼顧運營商需求，合理設定共建目標。

（2）共建設計與地鐵總體設計高效銜接，保障實施。

5.1 地鐵移動通信系統共建構成

地鐵移動通信系統共建由于運營商間制式、頻段、覆蓋、容量方面存在特定細節差異，需要統籌考慮各運營商需求，求同容異，合理設定整體共建目標。

地鐵移動通信系統共建構成如圖2所示：

圖2 地鐵移動通信系統共建構成簡圖

結合共建構成簡圖分析如下：

（1）核心網、無線BSC/RNC、網管/監控一般由運營商獨立建設，不在地鐵內設置，但其接入地鐵內的傳輸線路需共建設計確定路由。

（2）考慮運營商靈活配置容量需求，主設備信源一般由運營商獨立建設并配置容量；考慮傳輸網組網要求，和大網直接相連的傳輸接入設備一般也由運營商獨立配置。但主設備信源、傳輸接入設備安裝位置、供電要求、走線路由等由共建設計確定。

（3）機房/隧道安裝位置和空間、天線安裝點位、漏纜敷設位置、外配電容量、接地及管孔、橋架、走道等走線路由等需使用地鐵方公共配套設施資源的，共建設計中統籌明確需求方案，由地鐵方配合提供。

（4）機房/隧道內電源設施、ODF/DDF、走線架、接地系統等配套設施、POI、干線分布系統、站臺/站廳分布系統、隧道泄漏電纜系統等是共建的關鍵部分。共建設計方案應統籌考慮，一步到位進行設計。

共建設計中應著重考慮需運營商共建部分，特別注意共建方案中需與地鐵方銜接的內容。

5.2 統籌兼顧運營商需求，合理設定共建目標

設定共建目標的重點是在結合各運營商計劃建設的移動通信系統制式、頻段、覆蓋、質量、容量目標基礎上整合優化，合理設定共建目標，以確保共建設計方案兼顧運營商需求，有效指導實施。

根據共建原則，信源獨立設置可保障容量目標實現的靈活性，因此共建設計重點關注覆蓋和質量目標。

根據設計靈活度要求的差異，共建系統的覆蓋和質量目標可粗略劃分為地鐵出入站口的覆蓋和質量目標、地鐵內系統的覆蓋和質量目標。

地鐵出入站口設計需重點關注與地面大網協同覆蓋和質量要求。由于各運營商地面網絡可優化調整空間大于地鐵內通信系統，因此協同覆蓋和質量目標實現主要依賴于各運營商通過大網優化調整方式保障，地鐵共建方案制定需特別關注不同運營商對于出入站口信號場強、切換設置、頻點選擇、干擾控制等方面的個性化需求，為運營商建設、維護和優化調整預留合理的靈活調整空間。

對于地鐵內系統，由于建設完成后優化調整實施難度大，宜按一步到位的要求，詳細設定不同區域（尤其是地鐵內站臺/站廳、隧道等關鍵區域）的覆蓋頻段、制式、LTE單/雙流要求、邊緣場強、切換設置、干擾控制等關鍵目標和設計原則，以保障后續設計方案實施的有效性。

另外，由于地鐵站臺/站廳為人群活動頻繁的區域，分布系統天線口輸出功率應符合國家標準“環境電磁波衛生標準”一級安全區的要求[5]。考慮電磁輻射要求，并適當預留載波擴容空間，站臺/站廳室內天線入口設計總功率上限宜不高于15dBm。在滿足輻射限制的前提下，運營商各頻段、不同制式系統的天線出口功率取值應考慮制式、頻段、傳播損耗、饋線損耗差異對覆蓋范圍的影響，合理設定天線入口設計功率，保障不同系統覆蓋范圍基本一致，以確保共建系統整體覆蓋效果。

5.3 共建設計與地鐵總體設計高效銜接，保障實施

由于地鐵工程的特殊性，地鐵移動通信系統共建實施運行必須確保地鐵運行安全，因此共建設計需根據地鐵總體設計方案優化，以確保節約成本、有效實施。

為保障與地鐵總體設計和實施高效銜接，在地鐵民用移動通信系統共建設計方案初步完成后，應重點關注與地鐵建筑專業、管線綜合專業、限界專業等眾多地鐵基礎設施專業的初步設計方案銜接。移動通信系統共建設計應根據對地鐵基礎設施專業方案銜接要求合理優化，及時提交對建筑專業、管線綜合專業、限界專業等資源預留和配合需求（簡稱“提資”），以確保地鐵各公共基礎設施專業施工圖設計階段能充分考慮移動通信系統共建實施要求。

由于地鐵建筑結構、限界、管線等專業設計、建設剛性約束較大，施工圖設計確定后變更的成本大、難度高，因此“提資”的合理性、完備性、準確性要求非常高，是移動通信系統共建設計應特別關注的環節。

共建設計“提資”環節需重點關注與以下專業間銜接內容：

（1）向建筑專業提資

通信機房面積要求：建議不小于60m2，資源緊張的情況下不宜小于55m2，以保障共建設備安裝、擴容和維護要求。

隧道區的中板開孔和設備區、公共區等墻體開孔要求：中板、墻體開孔主要是為了給通信機房電力電纜、光纜引出提供路由通道，開孔位置、數量、孔徑應符合共建實施要求。

走廊過道的鍍鋅鋼管的敷設路由：在設備區的走廊過道使用鍍鋅鋼管連通時，管徑需符合共建實施要求。

（2）向限界專業提資

限界是保障地鐵安全運行、限制車輛斷面尺寸、限制沿線設備安裝尺寸、確定建筑結構有效尺寸的圖形，其中設備限界是用于限制安裝設備不得侵入的控制線。

共建設計需向限界專業提供隧道區間設備的安裝位置、需安裝設備區范圍、托臂高度等，應確保相應設備安裝和維護符合地鐵限界要求，不得影響地鐵運行安全。

（3）向管線綜合專業提資

共建設計向管線綜合專業的提資重點是明確地面線路的光纜引入和GPS饋線由出入口經公共區至通信機房所需路由。由于地鐵建設實施中常有部分出入口不能在地鐵運營前全部完工的情況，提資時應要求每個出入口均預留通信電纜井，均有橋架連通至通信機房，以預留設計調整靈活度，避免因選定出入口進度延遲而影響共建實施進度。共建設計提資宜考慮光纜和GPS饋線布放盡量共用通號專業橋架，以有效節約成本。

（4）向電源專業提資

地鐵機房施工時通常會統一鋪設電力電纜到通信機房，并就近安裝地鐵交流配電箱。設計提資時應對進線電纜的載流量、設備需求功耗、配電分路等提出相應的需求，避免出現交流配電箱引入總量不夠、分路過小而導致無法支撐共建設備安裝和擴容需求。

5.4 地鐵移動通信系統共建設計實施建議

地鐵共建設計需要在確保地鐵運行安全的前提下充分利用地鐵公共設施，并結合地鐵特殊覆蓋場景統籌實現各運營商高質量、低成本的個性化建設目標，保障實施一步到位。設計方案制定的復雜度和難度遠高于常規移動通信網絡設計要求。

為保障共建設計低成本、高效率指導實施，建議由參建運營商（或承建地鐵共建實施的鐵塔公司）共同選定經驗豐富、綜合能力和專業技術能力符合要求的獨立第三方通信設計單位承接地鐵移動通信系統共建設計。由通信專業設計單位在地鐵總體設計約束條件下開展移動通信系統共建專業設計工作，以確保設計方案符合各運營商對地鐵內系統覆蓋、容量、質量需求及其與地面網絡間的協同要求，并盡可能地共用地鐵公共設施、共建通信基礎設施、設備和布線系統，以充分節約總體網絡建設和維護成本。

6 結束語

國內大中城市地鐵陸續建成并投入運營，成本因素和政策要求使得地鐵移動通信系統共建成為優選方案。隨著4G時代技術發展和“鐵塔公司”預期承接，地鐵移動通信系統共建的技術難題和協調困局必將得到有效改善，共建有望更好推進實施。

地鐵移動通信系統共建設計的關鍵難點在于整合優化設定多運營商共建目標并低成本實現，共建設計與地鐵總體設計有機結合，高效銜接實現共贏。根據目前國內地鐵建設實施的實際情況，選擇專業第三方通信設計單位，在地鐵總體設計實施約束條件下有效開展移動通信系統共建專業設計工作是值得推薦的解決方式。

[1] 萬俊青,劉昕,李虓江. 700MHz LTE網絡部署探討[J]. 移動通信, 2014,38(16): 39-40.

[2] 萬俊青. LTE網絡室內分布系統共建共享探討[J]. 移動通信, 2013,37(6): 19-20.

[3] 王旭. 地鐵民用通信覆蓋方案研究[J]. 移動通信, 2013,37(8): 9-13.

[4] 許鴻錦,潘曉晨. 杭州地鐵多網融合無線方案探討[J]. 移動通信, 2013,37(6): 36-40.

[5] 中華人民共和國衛生部. GB 9175-1988環境電磁波衛生標準[S]. 北京: 中國標準出版社, 1989.★

王楚伯：現任華信咨詢設計研究院有限公司副總經理，長期從事移動通信網絡規劃、咨詢設計、項目管理及市場經營管理工作。

萬俊青：高級工程師，碩士，現任華信咨詢設計研究院有限公司無線設計院院長，主要從事移動通信網絡規劃、設計和咨詢工作。

劉東升：高級工程師，現任華信咨詢設計研究院有限公司無線設計院副總工程師，主要從事移動通信網絡規劃和設計工作。

Brief Analysis on Diffi culties of Co-Construction Design for Subway Mobile Communication System

WANG Chu-bo, WAN Jun-qing, LIU Dong-sheng

(Huaxin Consulting and Designing Institute Co., Ltd., Hangzhou 310014, China)

Considering the characteristics of subway, the necessity and feasibility to co-construct mobile communication system for operators were demonstrated and pointed out. Two key challenges in co-construction design were analyzed in depth. Finally, the recommended solution was presented.

subway mobile communication co-construction

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.08.007

TN929.5

A

1006-1010(2015)08-0032-05

王楚伯,萬俊青,劉東升. 地鐵移動通信系統共建設計難點簡析[J]. 移動通信, 2015,39(8): 32-36.

2014-11-24

責任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn